Characterization and energy performance analysis of the chilled beams HVAC system in a commercial building

The aim of this thesis is to characterize and to evaluate the chilled beams energy performance as the HVAC system of a commercial building, in comparison to a conventional VAV system. For this purpose, first it’s carried out the study of the chilled beams system, characterizing the system types and the operation principles, assessing the constructive advantages and the energy savings potential compared to a typical VAV system. Afterwards, it is extremely important to know all the necessary parameters according to ASHRAE standard 90.1, to thereby be able to fully characterize the referential commercial building for the two studied cities, Sao Paulo and Milan, specifying the floor geometry, the building envelope and the profiles of occupancy, lighting, electrical equipment and HVAC system operation. Furthermore, it is performed the Energy Plus learning process to generate the building energy simulations and to describe the chilled beams physical and mathematical model in the platform terminal. Finally, it is simulated for each city the design days, in order to calibrate both HVAC systems analyzed, and the annual weather file, in order to comparatively evaluate the energy performance, analyzing the energy consumption distribution throughout the year of the HVAC system components and the annual energy consumption in the characterized commercial building to determine which of the air conditioning system types are energetically advantageous in each studied city.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è caratterizzare e valutare il rendimento energetico del sistema di travi induttive come impianto HVAC di un edificio commerciale, rispetto ad un sistema VAV convenzionale. Per questo fine, si é stato svolto lo studio del sistema di travi induttive, caratterizzando i tipi e il principio di funzionamento, valutando i vantaggi costruttivi del modello e il potenziale di risparmio energetico che offre in rapporto al tipico sistema VAV. Successivamente, è estremamente importante conoscere tutti i parametri necessari secondo lo standard ASHRAE 90.1, per essere così in grado di caratterizzare completamente l’edificio commerciale di riferimento per le due città interessate, Sao Paulo e Milano, che determina la geometria del pavimento, l'involucro dell’edificio e i profili per l'occupazione, illuminazione, apparecchiature elettriche e operazione del sistema HVAC. Inoltre, si è stato eseguito l'apprendimento dell’Energy Plus per generare le simulazioni energetiche e per descrivere il modello fisico e matematico del sistema di travi induttive sulla piattaforma. Infine, si è stato simulato i giorni specifici di progetto (design days) in modo da calibrare entrambi i sistemi HVAC analizzati, e il file climatico annuale, al fine di confrontare il rendimento energetico, analizzando la distribuzione di consumo energetico nel corso del'anno dei componenti costitutivi dei sistemi HVAC ed il consumo di energia annuale nell’edificio commerciale caratterizzato, per determinare quale dei due tipi di sistema di climatizzazione è economicamente vantaggioso dal punto di vista energetico in ogni città di studio.